專利名稱：一種可拆裝式多部位超聲骨強度儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲波生物信息獲取領(lǐng)域，尤其是超聲波測量人體骨骼骨強度的儀器和方法，具體為一種可拆裝式多部位超聲骨強度儀。
背景技術(shù)：
骨骼是人體的重要組成部分，骨質(zhì)狀況是人體機能的重要評價指標(biāo)之一。目前，臨床公認(rèn)的骨質(zhì)狀況檢測方法是雙能X線骨密度測定法(DXEA)。但由于此類設(shè)備體積龐大、價格昂貴、有輻射等缺點，僅限于專業(yè)醫(yī)院使用，難以開展大規(guī)模的人群篩查和定期檢查。近年來，定量超聲(QUS)測量骨強度測試技術(shù)發(fā)展迅速。定量超聲主要利用超聲 波在骨骼中的傳播速度和衰減來評價骨質(zhì)狀況，其主要參數(shù)為寬帶超聲衰減BUA、超聲傳播速度SOS和由二者線性組合得到的骨強度指數(shù)STI，其中骨強度指數(shù)STI不僅能反映骨質(zhì)量，還可以反映骨結(jié)構(gòu)。因此，超聲測量骨強度具有成本低廉、無輻射、操作簡便和測量快速等特點，在骨質(zhì)篩查，骨折風(fēng)險評估等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。申請?zhí)枮?00620072519. I的中國專利公開了一種利用超聲波透射方法檢測跟骨密度的裝置；申請?zhí)枮?00610059647. 7的中國專利公開了一種超聲波骨評價裝置，該裝置通過測量測試跟骨部位溫度，以此溫度為依據(jù)補償超聲傳播速度，并以補償后的傳播速度進(jìn)行骨評價；申請?zhí)枮?00810194780. 2的中國專利公開了一種超聲骨密度測量分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用超聲在跟骨中的傳播速度和寬帶超聲衰減來計算骨強度指數(shù)和骨密度；申請?zhí)枮?00820118612.0的中國專利公開了一種超聲骨密度檢測儀，該專利中提及使用一種內(nèi)蘊超聲傳播介質(zhì)的囊泡裝載于探頭上，并用一對探頭夾緊跟骨進(jìn)行測量；申請?zhí)枮?01010579635. 3的中國專利公開了一種全干固態(tài)耦合式跟骨超聲骨強度指數(shù)檢測方法，該方法采用全干式、全固態(tài)耦合器，測量過程恒溫控制，夾緊力實時檢測及寬度檢測等措施來保證跟骨骨強度指數(shù)測量的精確性；申請?zhí)枮?00610129846.0的中國專利公開了一種定量測量骨礦密度超聲波探頭，該專利僅對用于測量脛骨的探頭進(jìn)行了闡述，同時此方法需要定位探頭與測量探頭多個探頭，在具體多部位測量中難以實現(xiàn)；申請?zhí)枮?2823665. 3的中國專利公開了一種用于骨骼非侵害性評價的方法和裝置，該裝置和方法利用導(dǎo)波原理，主要應(yīng)用于長骨部位測量，并至少需要兩個換能器。目前所公開的專利均是針對跟骨部位或者單個部位進(jìn)行骨密度或骨強度測量或評價的裝置或方法，還未見對多部位進(jìn)行測量或評價骨強度的裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以測量人體多部位骨骼超聲骨強度指數(shù)的檢測裝置及其方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)只能單獨測量某一部位(如跟骨)超聲骨強度指數(shù)的問題。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為
一種可拆裝式多部位超聲骨強度儀，其特征在于包括超聲探頭盒和可拆裝探頭模塊，所述超聲探頭盒內(nèi)裝有多個不同頻率、不同尺寸的超聲探頭，所述可拆裝探頭模塊包括夾緊裝置和力敏傳感器，其中夾緊裝置進(jìn)行超聲探頭安裝，力敏傳感器檢測超聲探頭與測量部位的接觸力，所述可拆裝探頭模塊的輸出端口通過信號線與集成化信號采集和處理模塊連接，所述集成化信號采集和處理模塊與人機交互模塊雙向連接；所述集成化信號采集和處理模塊包括有超聲激發(fā)電路、激發(fā)和接收切換電路、超聲接收和信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集電路、數(shù)據(jù)處理電路和數(shù)據(jù)處理、控制軟件，所述超聲激發(fā)電路包括超聲激發(fā)控制電路、可控高壓電源和DAC，所述超聲接收和信號調(diào)理電路包括可編程濾波器和可編程運算放大器級聯(lián)電路，所述數(shù)據(jù)采集電路包括ADC、高速先進(jìn)先出緩沖器、微控制器和數(shù)字信號處理器；超聲激發(fā)控制電路的信號輸出端控制連接可控高壓電源，可控高壓電源的電壓輸出端連接超聲探頭，超聲探頭的信號輸出端連接可編程濾波器，可編程濾波器的信號輸出端連接可編程運算放大器(PGA)級聯(lián) 電路，可編程運算放大器(PGA)級聯(lián)電路連接ADC，ADC的信號輸出端連接高速先進(jìn)先出緩沖器，高速先進(jìn)先出緩沖器的信號輸出端接入微控制器和數(shù)字信號處理器，微控制器和數(shù)字信號處理器連接DAC、激發(fā)和接收切換電路，DAC的信號輸出端連接可控高壓電源，激發(fā)和接收切換電路的一端接在可控高壓電源與超聲探頭之間，激發(fā)和接收切換電路的另一端接在超聲探頭與可編程濾波器之間；所述人機交互模塊包括觸控液晶屏及其應(yīng)用軟件，觸控液晶屏與微控制器和數(shù)字信號處理器連接。所述的一種可拆裝式多部位超聲骨強度儀，其特征在于所述的可拆裝探頭模塊可根據(jù)測量部位的不同進(jìn)行探頭的更換和夾緊安裝，同時使用力敏傳感器檢測接觸力保證每次測量時探頭與測量部位接觸的一致性。所述的一種可拆裝式多部位超聲骨強度儀，其特征在于所述的超聲探頭其中心頻率和尺寸大小根據(jù)具體身體測量部位進(jìn)行設(shè)定。所述的一種可拆裝式多部位超聲骨強度儀，其特征在于根據(jù)具體身體測量部位，可采用單個探頭同時作為發(fā)射和接收探頭。所述的一種可拆裝式多部位超聲骨強度儀，其特征在于所述超聲激發(fā)電路的激發(fā)電壓可根據(jù)測量部位的不同和個體骨質(zhì)狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)范圍為5V100V。所述的一種可拆裝式多部位超聲骨強度儀，其特征在于所述超聲接收及信號調(diào)理電路可根據(jù)測量部位的不同進(jìn)行濾波器截止頻率的自動調(diào)節(jié)，可根據(jù)測量部位和個體骨質(zhì)狀況進(jìn)行運算放大器增益的自動調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為廣500。所述的一種可拆裝式多部位超聲骨強度儀，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理、控制軟件包括微控制器和數(shù)字信號處理器中的控制程序和數(shù)字信號處理器中的信號處理程序，數(shù)字信號處理器中的信號處理程序包括小波去噪、優(yōu)化平滑、快速傅里葉頻譜分析和線性擬合
等算法。所述的一種可拆裝式多部位超聲骨強度儀，其特征在于所述的夾緊裝置包括有操作桿和卡盤。本發(fā)明的有益效果為
(I)本發(fā)明中的超聲探頭盒和可拆裝探頭模塊解決了目前的單個超聲骨密度測量設(shè)備無法同時檢測人體多部位骨強度的問題，因為人體各部位骨骼在形狀、厚度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和皮上脂肪等方面都有著顯著的差異性，所以對超聲波信號的響應(yīng)也有明顯差異，單個部位的骨強度不能真實反映人體的整體骨質(zhì)狀況。(2)超聲探頭其中心頻率和尺寸大小根據(jù)具體身體測量部位進(jìn)行設(shè)定解決了因單個探頭性能(如中心頻率，靈敏度等)固定，無法滿足多部位骨骼測量要求的局限，實現(xiàn)測量部位和超聲探頭之間的合理匹配，使測量結(jié)果更加準(zhǔn)確和可靠。


圖I是可拆裝式多部位超聲骨強度儀的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是可拆裝模塊中夾緊裝置的平面示意圖。圖3是集成化數(shù)據(jù)采集、處理模塊的內(nèi)部組成圖。圖4是可拆裝式多部位超聲骨強度儀的工作流程圖。
具體實施方式

如圖1、2、3所示，可拆裝式多部位超聲骨強度儀，包括有超聲探頭盒I. I、可拆裝探頭模塊I. 2，所述超聲探頭盒I. I內(nèi)裝有多個不同頻率不同尺寸的超聲探頭，所述可拆裝探頭模塊I. 2上開有夾緊裝置I. 2. I安裝超聲探頭，有力敏傳感器I. 2. 2檢測探頭與測量部位的接觸力，所述可拆裝探頭模塊I. 2的輸出端口通過信號線與集成化信號采集和處理模塊I. 3連接，所述集成化信號采集和處理模塊I. 3與人機交互模塊I. 4雙向連接；所述集成化信號采集和處理模塊I. 3包括有超聲激發(fā)電路、激發(fā)和接收切換電路3. 2、超聲接收和信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集電路、數(shù)據(jù)處理電路和數(shù)據(jù)處理、控制軟件，所述超聲激發(fā)電路包括控制電路3. I、可控高壓電源3. 3和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 3. 4，所述超聲接收和信號調(diào)理電路包括可編程濾波器3. 6和可編程運算放大器(PGA)級聯(lián)電路3. 7，所述數(shù)據(jù)采集電路包括高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)3. 8、高速先進(jìn)先出(FIFO)緩沖器3. 9、微控制器和數(shù)字信號處理器(MCU+DSP) 3. 11，所述數(shù)據(jù)處理、控制軟件包括MCU和DSP中的控制程序和DSP中的信號處理程序，DSP中的信號處理程序包括小波去噪、優(yōu)化平滑、快速傅里葉頻譜分析和線性擬合等算法，以準(zhǔn)確提取評價骨質(zhì)狀況的超聲參數(shù)。超聲激發(fā)控制電路3. I的信號輸出端控制連接可控高壓電源3. 3，可控高壓電源3. 3的電壓輸出端連接超聲探頭3. 5，超聲探頭3. 5的信號輸出端連接可編程濾波器3. 6，可編程濾波器3. 6的信號輸出端連接可編程運算放大器級聯(lián)電路3. 7，可編程運算放大器級聯(lián)電路3. 7連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器3. 8，模數(shù)轉(zhuǎn)換器3. 8的信號輸出端連接高速先進(jìn)先出緩沖器3. 9，高速先進(jìn)先出緩沖器3. 9的信號輸出端接入微控制器和數(shù)字信號處理器3. 11，微控制器和數(shù)字信號處理器3. 11連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器3. 4、激發(fā)和接收切換電路3. 2，數(shù)模轉(zhuǎn)換器3. 4的信號輸出端連接可控高壓電源3. 3，激發(fā)和接收切換電路3. 2的一端接在可控高壓電源
3.3與超聲探頭3. 5之間，激發(fā)和接收切換電路3. 2的另一端接在超聲探頭3. 5與可編程濾波器3. 6之間；所述人機交互模塊I. 4包括觸控液晶屏3. 10及其應(yīng)用軟件，觸控液晶屏
3.10與微控制器和數(shù)字信號處理器3. 11連接。超聲探頭I. I包括有測量脛骨的IOOKHz超聲探頭、測量跟骨的500KHz超聲探頭和測量指骨的IMHz超聲探頭多種，探頭直徑尺寸大小從10-40mm，由于種類較多，此處不一一列出。同時根據(jù)具體身體測量的部位結(jié)構(gòu)特點，可采用單個探頭同時作為發(fā)射和接收探頭，比如，測量腰椎骨頭、測量髖骨。超聲探頭激發(fā)電壓可由數(shù)據(jù)處理、控制軟件根據(jù)測量部位的不同和個體骨質(zhì)狀況進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)范圍為5V 300V。
超聲接收及信號調(diào)理電路中可編程濾波器3. 6可由數(shù)據(jù)處理、控制軟件根據(jù)測量部位的不同進(jìn)行濾波器截止頻率的自動調(diào)節(jié)。超聲接收及信號調(diào)理電路中可編程運算放大器3. 7可由數(shù)據(jù)處理、控制軟件根據(jù)測量部位的不同和個體骨質(zhì)狀況進(jìn)行放大倍數(shù)的自動調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為廣500。使用時，根據(jù)待測部位，從超聲探頭盒I. I中選取探頭，并與可拆裝探頭模塊I. 2進(jìn)行組裝，具體操作是撥動夾緊裝置操作桿2. 1，使三個卡盤2. 2夾緊探頭，該夾緊裝置可以夾緊直徑為40mm之內(nèi)的探頭，以解決不同部位超聲探頭尺寸不一致的問題。在人機交互模塊I. 4上選擇測量部位，輸入測試者個人信 息。在超聲探頭表面和待測試部位涂抹超聲耦合劑，并使超聲探頭耦合器與測試部位緊密接觸。在人機交互模塊I. 4上選擇開始測量，集成化數(shù)據(jù)采集和處理模塊I. 3根據(jù)如圖4所示流程自動完成數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理工作，并將測試結(jié)果顯示在人機交互模塊I. 4上。
權(quán)利要求
1.一種可拆裝式多部位超聲骨強度儀，其特征在于包括超聲探頭盒和可拆裝探頭模塊，所述超聲探頭盒內(nèi)裝有多個不同頻率、不同尺寸的超聲探頭，所述可拆裝探頭模塊包括夾緊裝置和力敏傳感器，其中夾緊裝置進(jìn)行超聲探頭安裝，力敏傳感器檢測超聲探頭與測量部位的接觸力，所述可拆裝探頭模塊的輸出端口通過信號線與集成化信號采集和處理模塊連接，所述集成化信號采集和處理模塊與人機交互模塊雙向連接；所述集成化信號采集和處理模塊包括有超聲激發(fā)電路、激發(fā)和接收切換電路、超聲接收和信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集電路、數(shù)據(jù)處理電路和數(shù)據(jù)處理、控制軟件，所述超聲激發(fā)電路包括超聲激發(fā)控制電路、可控高壓電源和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，所述超聲接收和信號調(diào)理電路包括可編程濾波器和可編程運算放大器級聯(lián)電路，所述數(shù)據(jù)采集電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、高速先進(jìn)先出緩沖器、微控制器和數(shù)字信號處理器；超聲激發(fā)控制電路的信號輸出端控制連接可控高壓電源，可控高壓電源的電壓輸出端連接超聲探頭，超聲探頭的信號輸出端連接可編程濾波器，可編程濾波器的信號輸出端連接可編程運算放大器級聯(lián)電路，可編程運算放大器級聯(lián)電路連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號輸出端連接高速先進(jìn)先出緩沖器，高速先進(jìn)先出緩沖器的信號輸出端接入微控制器和數(shù)字信號處理器，微控制器和數(shù)字信號處理器連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器、激發(fā)和接收切換電路，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的信號輸出端連接可控高壓電源，激發(fā)和接收切換電路的一端接在可控高壓電源與超聲探頭之間，激發(fā)和接收切換電路的另一端接在超聲探頭與可編程濾波器之間；所述人機交互模塊包括觸控液晶屏及其應(yīng)用軟件，觸控液晶屏與微控制器和數(shù)字信號處理器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種可拆裝式多部位超聲骨強度儀，其特征在于所述的超聲探頭其中心頻率和尺寸大小根據(jù)具體身體測量部位進(jìn)行設(shè)定。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種可拆裝式多部位超聲骨強度儀，其特征在于所述超聲激發(fā)電路的激發(fā)電壓可根據(jù)測量部位的不同和個體骨質(zhì)狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)范圍為5V 300V。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種可拆裝式多部位超聲骨強度儀，其特征在于所述超聲接收及信號調(diào)理電路可根據(jù)測量部位的不同進(jìn)行濾波器截止頻率自動調(diào)節(jié)，可根據(jù)測量部位和個體骨質(zhì)狀況進(jìn)行運算放大器增益的自動調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為f500。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種可拆裝式多部位超聲骨強度儀，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理、控制軟件包括微控制器和數(shù)字信號處理器中的控制程序和數(shù)字信號處理器中的信號處理程序，數(shù)字信號處理器中的信號處理程序包括小波去噪、優(yōu)化平滑、快速傅里葉頻譜分析和線性擬合等算法。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種可拆裝式多部位超聲骨強度儀，其特征在于所述的夾緊裝置包括有操作桿和卡盤。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可拆裝式多部位超聲骨強度儀，包括超聲探頭盒和可拆裝探頭模塊，超聲探頭盒內(nèi)裝有多個不同頻率、不同尺寸的超聲探頭，所述可拆裝探頭模塊包括夾緊裝置和力敏傳感器，其中夾緊裝置進(jìn)行超聲探頭安裝，力敏傳感器檢測超聲探頭與測量部位的接觸力，可拆裝探頭模塊的輸出端口通過信號線與集成化信號采集和處理模塊連接，集成化信號采集和處理模塊與人機交互模塊雙向連接。本發(fā)明根據(jù)身體待測部位的不同，安裝對應(yīng)的超聲探頭，其中心頻率和尺寸大小根據(jù)具體身體測量部位進(jìn)行設(shè)定的，使超聲探頭和測量部位達(dá)到合理匹配，實現(xiàn)了單臺儀器可以同時檢測人體多部位的骨強度功能，使得測量結(jié)果更加準(zhǔn)確反映身體整體骨強度狀況。
文檔編號A61B8/00GK102961162SQ20121047220
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者陳焱焱, 徐玉兵, 唐城 申請人:合肥博諧電子科技有限公司